第9章 第3讲 “带电粒子在组合场中运动”的分类强化（课件PPT）-【新高考方案】2024高考物理一轮复习（老教材 新高考）

第3讲“带电粒子在组合场中运动”的分类强化 类型(一)　带电粒子在三类组合场中的运动 1．组合场：电场与磁场各自位于一定的区域内且不重叠；或在同一区域，电场、磁场分时间段或分区域交替出现。 2．分析带电粒子在组合场中运动的方法 3．“电偏转”与“磁偏转”的比较 [考法全析] 考法(一)　先电场后磁场 (1)先在电场中做加速直线运动，然后进入磁场做圆周运动。如图甲、乙所示，在电场中利用动能定理或运动学公式求粒子刚进入磁场时的速度。 (2)先在电场中做类平抛运动，然后进入磁场做圆周运动。如图丙、丁所示，在电场中利用平抛运动知识求粒子进入磁场时的速度。 [例1]　CT扫描是计算机X射线断层扫描技术的简称，CT扫描机可用于对多种病情的探测。图(a)是某种CT机主要部分的剖面图，其中X射线产生部分的示意图如图(b)所示。图(b)中M、N之间有一电子束的加速电场，虚线框内有匀强偏转磁场；经调节后电子束从静止开始沿带箭头的实线所示的方向前进，打到靶上，产生X射线(如图中带箭头的虚线所示)；将电子束打到靶上的点记为P点。则 (　 ) [答案]　D [例2]　(多选) 在半导体离子注入工艺中，初速度可忽略的磷 离子P＋和P3＋，经电压为U的电场加速后，垂直进入磁感应强度大 小为B、方向垂直纸面向里、有一定宽度的匀强磁场区域，如图所 示。已知离子P＋在磁场中转过θ＝30°后从磁场右边界射出。在电 场和磁场中运动时，离子P＋和P3＋ (　 ) A．在电场中的加速度之比为1∶1 B．在磁场中运动的半径之比为2∶1 C．在磁场中转过的角度之比为1∶2 D．离开电场区域时的动能之比为1∶3 [答案]　CD 考法(二)　先磁场后电场 对于粒子从磁场进入电场的运动，常见的有两种情况： (1)进入电场时粒子速度方向与电场方向相同或相反，如图甲所示，粒子在电场中做加速或减速运动，用动能定理或运动学公式列式。 (2)进入电场时粒子速度方向与电场方向垂直，如图乙所示，粒子在电场中做类平抛运动，用平抛运动知识分析。 [例3]　在如图所示的平面直角坐标系中，存在一个半径R＝0.2 m 的圆形匀强磁场区域，磁感应强度B＝1.0 T，方向垂直纸面向外，该磁 场区域的右边缘与y坐标轴相切于原点O点。y轴右侧存在一个匀强电场， 方向沿y轴正方向，电场区域宽度l＝0.1 m。现从坐标为(－0.2 m，－0.2 m)的P点发射出质量m＝2.0×10－9 kg、带电荷量q＝5.0×10－5 C的带正电粒子，沿y轴正方向射入匀强磁场，速度大小v0＝5.0×103 m/s(粒子重力不计)。 (1)带电粒子从坐标为(0.1 m,0.05 m)的点射出电场，求该电场强度的大小； (2)为了使该带电粒子能从坐标为(0.1 m，－0.05 m)的点回到电场，可在紧邻电场的右侧区域内加匀强磁场，试求所加匀强磁场的磁感应强度大小和方向。 [答案]　(1)1.0×104 N/C　(2)4 T，方向垂直纸面向外 考法(三)　先后多个电磁场 “5步”突破带电粒子在组合场中的运动问题 (1)求粒子甲离开区域Ⅰ时速度v1大小和与x轴正方向夹角θ； (2)求匀强磁场B1的磁感应强度大小； (3)若匀强磁场B2磁感应强度大小不同，则粒子丙在磁场B2中运动时间不同。求粒子甲从O点到M点运动时间与粒子丙从M点到Q点运动时间之和的最大值。 类型(二)　带电粒子在交变电磁场中的运动 1．交变场的三种常见的类型 (1)电场周期性变化，磁场不变。 (2)磁场周期性变化，电场不变。 (3)电场、磁场均周期性变化。 2．基本解题思路 [考法全析] 考法(一)　电场周期性变化，磁场不变 [例1]　如图甲所示，宽度为d的竖直狭长区域内(边界为L1、L2)，存在垂直纸面向里的匀强磁场和竖直方向上的周期性变化的电场(如图乙所示)，电场强度的大小为E0，E>0表示电场方向竖直向上。t＝0时，一带正电、质量为m的微粒从左边界上的N1点以水平速度v射入该区域，沿直线运动到Q点后，做一次完整的圆周运动，再沿直线运动到右边界上的N2点。Q为线段N1N2的中点，重力加速度为g。上述d、E0、m、v、g为已知量。 (1)求微粒所带电荷量q和磁感应强度B的大小； (2)求电场变化的周期T； (3)改变宽度d，使微粒仍能按上述运动过程通过相应宽度的区域，求T的最小值。 考法(二)　磁场周期性变化，电场不变 [例2]　(2023·西宁模拟)如图甲所示，整个空间存在竖直向上的匀强电场(平行于纸面)，在同一水平线上的两位置以相同速率同时喷出质量均为m的油滴a和b，带电荷量为＋q的a水平向右，不带电的b竖直向上。b上升高度为h时，到达最高点，此时a恰好与它相碰，瞬间结合成油滴p。忽略空气阻力，重力加速度为g。求： (1)油滴b竖直上升的时间及两油滴喷出